6a lista com gabarito parte 1

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6a Lista de exercícios 
1. Considere um processo no qual a reação principal é:
Fe2O3 + 3C 2Fe + 3CO 
E a secundária é: 
Fe2O3 + C 2FeO + CO 
Após misturar 600 lb de carbono com 1 ton de Fe2O3, a corrente que deixa o reator é constituída 
por 1200 lb de Fe puro e 183 lb de FeO.
Calcule: 
a. O percentual em excesso de C alimentado, baseado na reação principal. 
b. O percentual de conversão de Fe2O3 em Fe. 
c. A quantidade, em lb, de C consumida e de CO produzida, por tonelada de Fe2O3 alimentada no 
processo
1kg = 2,205 lbm
1000kg = 2205 lbm
MM Fe2O3 = 2*55,8 + 3*16 = 159,6 lbmol/lbm
MA C = 12 lbmol/lbm
n Fe2O3 = 2205/159,6 = 13,81 lbmol
nCalimentado = 600/12 = 50 lbmol
MM FeO = 56 + 16 = 72 lbmol/lbm
são formados na reação secundária: nFeO = 183 lbm/72 = 2,54 lbmol
portanto são consumidos de Fe2O3 1,27 lbmol na reação secundária, restando portanto, 13,82-1,27 =
12,55 lbmol para a reação primária.
a) % de excesso de C
são formados 1200 lbm de Fe puro na reação principal. 
n Fe = 1200/55,8 = 21,5 lbmol
 Fe203 + 3C → 2Fe + 3CO
 1 3 2 3
n 13,81 50 21,5 3/2*21,5= 32,25 (C está em excesso, Fe2O3 é o reagente 
limitante)
% excesso = 100*(n – ne)/ne = (50 – 3*13,81)/3*13,81 = 20,69%
b) % de conversão de Fe2O3 em Fe
% conversão = 100*nFe2O3 para Fe/nFe2O3alim = 100*10,75/13,81 = 77,9%
m Fe = 1200lbm
nFe = 1200/55,8 = 21,50 lbmol
nFe2O3 para Fe = 10,75 lbmol
c)
n C consumida na reação 1aria= 3/2*21,5 = 32,25 lbmol
m C consumida na reação 1aria= 32,25*12 = 387 lbm
n C consumida na reação 2aria= 1/2*2,54 = 1,27 lbmol
m C consumida na reação 2aria= 1,27*12 = 15,24 lbm
logo, a massa de CO formada por tonelada de Fe2O3 é 402,24 lbm.
 nCO consumido na reação 1aria= 3/2*21,5 = 32,25
 mCO = 32,25*28 lbm/lbmol = 903 lbm
 nCO consumido na reação 2aria= 1/2*2,55 = 1,28
 mCO = 1,28*28 lbm/lbmol = 35,84 lbm
logo, a massa de CO formada por tonelada de Fe2O3 é 938,84 lbm.
Respostas (apostila)
a. 20,69 b. 77,81 c.938 lb CO/ton Fe2O3 e 402 lb C/ton Fe2O3 
2. Uma pequena indústria obtém Cl2 para seu consumo fazendo passar uma mistura seca de HCl e 
ar à pressão atmosférica pelo interior de tubos contendo um catalisador aquecido, que promove 
a oxidação do HCl. Emprega-se 40% de ar em excesso. Admitindo-se ainda que a reação de 
obtenção de cloro é 50% completa, calcule a composição dos gases que saem do reator tubular e 
a quantidade de matérias primas necessárias por tonelada de Cl2 produzido. Dados auxiliares: 
Peso Molecular Médio de Ar = 28,84 kg/kgmol.
Composição do ar: 21% O2 e 79% N2
Base de cálculo: 1000kg de Cl2 formados
Reação: 2HCl + ½ O2 → Cl2 + H2O
 2 ½ 1 1
 28,20 7,05 1000/70,9 = 14,10 kgmol
 (56,40) (56,40/4=14,10)
nHCl_ali/NHCls = 0,5 → nHCl_al = 56,40
excesso de O2= 0,4 = (n – ne)/ne = (n – 14,10)/14,10 → nO2_al = 19,74 kgmol
nO2s = 19,74 – 7,05 = 12,69 kgmol
nN2s = 0,79*19,74/0,21 = 74,26 kgmol
nHCls = 28,20
nH2Os = 14,10
nCl2s = 14,10
n_total = 143,35 kgmol
composição: 
nO2s = 12,69/143,35 = 0,0885
nN2s = 74,26 /143,35 = 0,5180
nHCls = 0,1967
nH2Os = 0,0984
nCl2s = 0,0984
b) mHCl = 56,40*36,5 = 2058,6 kg HCL/ton Cl2
 m_ar = 19,74*32 + 74,26*28 = 2710,96 kg ar/tonCl2.
Resposta: HCl = 19,67 Cl2 = 9,84 O2 = 8,85 N2 = 51,80 H2O = 9,84
 2,056 ton HCl/ton Cl2, 2708 kg Ar/ton Cl2 
3. O ácido sulfúrico pode ser produzido pelo processo de contato de acordo com as seguintes 
reações:
S + O2 SO2 
2SO2 + O2 2SO3 
SO3 + H2O H2SO4 
Como parte do projeto preliminar de uma planta com capacidade de produção 2000 t/dia de ácido 
sulfúrico (93,2% de H2SO4 em peso), deve-se calcular:
a. Quantas toneladas de enxofre puro são consumidas por dia? 
b. Quantas toneladas de oxigênio são necessárias por dia? 
c. Quantas toneladas de água são necessárias por dia para a reação (3)?
Resolução: 
somando as reações parciais:
2S + 3O2 + 2H2O → 2 H2SO4
capacidade 2000 ton/dia de ácido sulfurico 93,2% em peso.
MM H2SO4 = 98 kg/kgmol
MA S= 32 kg/kgmol
MM O2 = 32 kg/kgmol
MM H2O = 18 kg/kgmol
M H2SO4 produzida = 2000 ton/dia*0,932 = 1864 ton /dia
n H2SO4 = 1864/98 = 19,02 kgmol
a) mS = 19,02*32 =608,65 ton/dia
b) mO2 = 19,02*3/2 * 32 = 912,96 ton/dia
c) mH2O = 19,02*18 = 342,16 ton/dia
4. Na produção de etileno, a partir da desidrogenação de etano, 100kgmoles/h de uma corrente 
contendo 85% de C2H6 e 15% de inertes alimentam um reator. Sabendo-se que a composição na 
saída do mesmo é: C2H6 - 30,3% C2H4 – 28,6% H2 – 26,8% CH4 – 3,6% inertes: 10,7%
Calcule: 
a. A conversão do etano. 
b. Os rendimentos do etileno, baseados na alimentação e consumo de reagentes
resolução:
reação 
I + C2H6 → C2H4 + H2 + CH4 + C2H6 + I
Vazão molar da alimentação = 100 kgmol/h
sendo 85 kgmol de etano e 15 kgmol de inertes
A composição na saída é fornecida
30,3 de etano
28,6 de etileno
3,6 de matano
26,8 de hidrogenio
e 10,7 de inertes.
Como esse último não participa da reação, sendo, portanto, conservado, sua participação na 
composição da saída permite recalcular a composição da entrada usando a mesma base da saída. 
Portanto,
15 kgmol de I na entrada corresponde a 10,7 kgmol de I na saída
logo o fator de transformação da base de entrada para a base de saída é: f = 10,7/15 = 0,7133
para o etano na entrada: 85*0,7133 = 60,63 kgmol (base da saída)
Assim, podemos calcular o que se pede:
a) Conversão do etano = netano_e- netano_s/netano_e = 100*(60,63 – 30,3)/60,63 = 50,02%
b) rendimento do etileno baseado na alimentação = 100*(netileno_s/netano_e) = 100*28,6/60,63 = 
47,17%
c) rendimento do etileno baseado no consumo dos reagentes = 100*(netileno_s/netano_c) = 
100*28,6/(60,63-30,3) = 94,3%
5. Em uma tentativa para gerar NO de modo econômico, NH3 gasosa é queimada com 20% de 
excesso de O2, de acordo com a reação 4NH3 + 5O2 4NO + 6H 2O A reação é 70% completa. O 
NO é separado do NH3 que não reagiu e este é reciclado conforme esquema a seguir:
Calcule:
a. O número de mols de NO formados por 100 mols de NH3 alimentados. 
b. O número de mols de NH3 reciclados por mol de NO purgado.
 
Reator
Separador
O2
NH3
Reciclo de amônia H2O
NO
O2
Resolução:
Base de cálculo: 100 mols de NH3 na alimentação
R = vazão de reciclo
 4NH3 + 5O2 4NO + 6H 2O + NH3
 (100+R) 5/4(100+R)*1,2 0,7(100+R) R = 0,3(100+R)
1,2 → 20 % de excesso de O2
0,7 → 70% da reação completa, conversão
0,3 → 30% não convertido
Da estequiometria da reação e do fluxograma do processo, conclui-se que a quantidade reciclada R 
corresponde a 30% da amonia alimentada ao reator, logo:
R= 0,3(100+R) → R = 42,86 mols
a) o número de mols de NO formado = 0,7(100+R) = 0,7(100+42,86) = 100 mols
b) n_NH3_reciclo/n-NO = R/100 = 42,86/100 = 0,4286
Respostas:
a. 100 mols NO b.0,4286 mols NH3/mol de NO purgado